Napęd hybrydowy Toyota THS-II

Współczesna motoryzacja opiera się już nie tylko na silnikach spalinowych ale i elektrycznych. Połączenie korzyści z obu tych silników tworzy napęd hybrydowy. Toyota jest pionierem w realizacji tego typu konstrukcji. Do tej pory powstało wiele modeli, w których zastosowano napęd hybrydowy. Dotychczas modelem wyprodukowanym w największej ilości jest Toyota Prius, którego napęd zostanie omówiony w niniejszej pracy.

1. Elementy napędu hybrydowego THS-II

1.1          Silnik spalinowy 1NZ-FXE

W napędzie THS-II wykorzystano szesnasto zaworową jednostkę DOHC VVT-i  o pojemności 1,5 litra i mocy 76KM. Silnik 1NZ-FXE pracuje w obiegu Atkinsona. Praca ta charakteryzuje się opóźnieniem zamknięcia zaworów podczas suwu sprężania co skutkuje jego wyraźnym skróceniem. Wynikiem takiej pracy jest większa sprawność oraz obniżenie spalania kosztem zmniejszenia mocy maksymalnej.

Silnik został specjalnie zaprojektowany do napędów hybrydowych. W konstrukcji wykorzystywane są następujące czujniki:

• Czujnik przepływu powietrza – wykorzystano konstrukcję z gorącym drutem
• Czujnik temperatury pobieranego powietrza – wykorzystano sondę NTC
• Czujnik temperatury płynu chłodzącego – wykorzystano sondę NTC
• Czujnik położenia pedału przyśpieszenia – wykorzystano dwa czujniki Halla umożliwiające generowanie różnych sygnałów przy wciskaniu i puszczaniu pedału
• Czujnik położenia przepustnicy – generacja dwóch sygnałów napięciowych
• Czujnik spalania detonacyjnego
• Czujnik położenia wału korbowego – indukcyjny, koło 34 zębowe z 1 „brakującym zębem”
• Czujnik położenia wałka rozrządu – indukcyjny, koło z jednym zębem
• Czujnik tlenu – jeden podgrzewany, umieszczony za katalizatorem
• Czujnik stosunku powietrze/paliwo – pozwala mierzyć stosunek powietrze/paliwo w szerszym zakresie niż klasyczna sonda lambda, wykonany w płaskiej i wąskiej budowie z aluminium i cyrkonu, podgrzewany. [1,2,7]

1.2          Generator MG1

Jednostka wyposażona jest w dwa trójfazowe silniki synchroniczne. Pierwszy z nich wykonuje pracę prądnicową ładując akumulator, zasilając drugi silnik MG2 oraz silnikową jako rozrusznik silnika spalinowego.[2]

1.3          Silnik elektryczny MG2

Drugi silnik MG2 wspólnie z silnikiem spalinowym napędzają pojazd. Duży moment obrotowy silnika elektrycznego pomaga zachować dobre przyśpieszenie i płynny start. MG2 wykonuje też pracę prądnicową w czasie odzyskiwania energii hamowania gdzie ładuje baterię.[2]

W napędzie THS-II silnik MG2 został zbudowany z wykorzystaniem V-kształtnych magnesów stałych. Zmieniony w ten sposób przebieg linii pola magnetycznego zwiększa maksymalną moc oraz moment. [2]

 

1.4          Przekładnia planetarna

Przekładnia planetarna jest urządzeniem przekazującym moment pomiędzy źródłami.

 

1.5          Zespół falownika

1.6          Bateria wysokiego napięcia

Bateria HV znajduje się w bagażniku za tylną kanapą. Charakteryzuje się niską utratą napięcia (wg producenta w pełni naładowana utrzymuje napięcie przez 60 dni). Wykonana jest ze szczelne ogniwa niklowo-wodorkowych (Ni-MH) ułożonych w 28 modułów po 6 ogniw co daje 168 ogniw o napięciu 1,2V. Uzyskane dzięki temu napięcie wynosi 201,6V,

 

 

1.7          Akumulator 12V

Pojazd wyposażony jest także w akumulator 12V służący do zasilania urządzeń pokładowych, sterowników oraz reflektorów.

2. Przegląd pozostałych układów pojazdu

2.1          Odzyskiwanie energii i kontrola hamowania

Sterownik rozdziela silę hamowania pomiędzy hydrauliczny układ hamulcowy i hamowanie odzyskowe. Rozkład siły zależy od prędkości pojazdu oraz czasu hamowania. Gdy tylko pedał gazu zostanie puszczony MG2 zaczyna pracę jako generator realizując jednocześnie hamowanie pojazdu, naciśnięcie pedału hamulca powoduje dodatkowo stopniowe przekazywanie siły hamowania na hamulce hydrauliczne. Pedał hamulca wyposażony jest w rezystancyjny czujnik położenia. [2]

2.2          Wspomaganie kierownicy

Pojazd wyposażony jest w elektryczne wspomaganie kierownicy. Na kolumnie kierowniczej zainstalowany jest czujnik momentu i kąta. Składa się on z trzech różnie uzębionych prostokątnie kół oraz dwóch cewek.

Napęd hybrydowy jest idealnym sposobem poprawienia osiągów silnika spalinowego. Wygładzenie krzywej przyśpieszania dzięki wyeliminowaniu przełożeń pozwala dorównywać wynikami pojazdom wyposażonym w duże silniki spalinowe. Dzięki wsparciu promotorów ochrony środowiska można wiele firm dopracowało to rozwiązanie uzyskując zadowalające efekty. Należy jednak podkreślić, że ze względu na dużą masę baterii i dodatkowego osprzętu, kłopotliwą utylizacje ogniw po zużyciu, duży kosz wytworzenia pojazdu oraz straty na ładowaniu pojazdy hybrydowe nie są ani oszczędne ani „ekologiczne”. Być może jest to próba ratowania napędu spalinowego, a przyszłością motoryzacji mogą stać się napędy elektryczne.

---

[1]	Турбо Автжурнал, „www.turbonsk.ru”.
[2]	Toyota Motor Corporation, materiały szkoleniowe „Toyota Technical Training”.
[3]	D. E. Fulton, „Twinkle Toes Engineering,” http://twinkle_toes_engineering.home.comcast.net/~twinkle_toes_engineering/hybrid_car.htm.
[4]	eBay, „www.ebay.com”.
[5]	CleanMPG, „www.cleanmpg.com”.
[6]	R. Masaki, „ANGLE SENSOR, TORQUE SENSOR AND ELECTRIC POWER STEERING USING SAME”. USA Patent 7,093,687 B2, 2006.
[7]	Wikipedia, „http://pl.wikipedia.org”.